DN4000水煤气洗涤塔设计

DN4000水煤气洗涤塔设计

摘要

本次设计聚焦于水煤气洗涤塔，该塔系填料塔中的一类吸收塔。设计此填料塔需涵盖多个核心环节，包括详尽分析气体与液体的物理性质及工作条件，精准设计塔体结构，细致规划塔内工艺设备布局（如填料、封头、法兰、进出口管道、液体分配器、吊柱及裙座等），精确计算基础环厚度并实施必要的开孔补强措施。此外，还需对塔体进行详尽的载荷分析，实施强度校核，并最终完成设计图纸的绘制。此次设计旨在深化对压力容器设计的理解，以期达成预定的研究目标，并促进对国内外先进制造技术、压力容器设计理论及工艺流程的深入学习和认知。通过广泛查阅相关文献资料，我们得以明确研究方向，科学规划研究进度与容器设计路径。

关键词：水煤气压力容器填料塔强度校核工艺设计

前言 1

第一章结构设计 3

1.1填料的选择 3

1.2填料层高度的选择： 4

1.3塔内件及其附件的选择 4

1.3.1除沫器的选择 5

1.3.2填料支承装置的选择 5

1.3.3液体再分布器 6

1.3.4塔吊柱的选择 6

1.3.5人孔的设计与选择 8

1.3.6接管法兰的选择 8

1.3.7接管的选择 9

1.3.8压力容器法兰的选择 10

第二章塔结构的设计 11

2.1结构设计 11

2.1.1工作参数 11

2.2设计参数的确定 11

2.2.1 设计压力 11

2.2.2设计温度 11

2.2.3塔体材料 12

2.2.4液压试验压力 12

2.2.5焊缝系数 13

2.3筒体的厚度选择 13

2.3.1符号 13

2.3.2设计温度下圆筒的计算厚度 14

2.4球形封头的厚度选择 14

2.4.1符号同1.5.1.1注释 14

2.4.2设计温度下球形封头的计算厚度 14

第三章填料塔的载荷分析及强度校核 15

3.1载荷分析 15

3.1.1塔体上各项载荷计算 15

3.1.2地震载荷与地震弯矩的计算 17

3.1.3填料塔自振周期的计算 19

3.1.4塔体的风载荷及风力矩 19

3.1.5偏心弯矩 22

3.1.6最大弯矩 22

3.2塔设备强度校核 23

3.2.1塔体的强度及轴向稳定性验算。 23

3.3裙座的强度及稳定性较核 24

3.3.1裙座各危险截面的校核 24

3.3.2焊缝强度的校核 25

3.4水压试验时塔的强度和稳定性验算 25

3.4.1水压试验时各危险截面的校核 25

3.5裙座基础环的选择和设计 26

3.5.1 对填料塔基础环内外径确定 26

3.5.2填料塔基础环的厚度设计 26

3.6地脚螺栓计算 28

第4章开孔及开孔补强设计 28

4.1开孔及开孔的补强方法 28

4.2开孔补强设计准则 30

4.3接管补强判定 34

4.4人孔开孔处补强的判定 36

参考文献 39

附录一外文原文 40

附录二外文翻译 52

结语 62

前言

水煤气，作为水蒸气通过炽热焦炭反应产生的气体，其核心成分为一氧化碳、氢气，燃烧后排放物主要为水和二氧化碳，并伴随微量CO、NOX和HC。其燃烧速度高达汽油的7.5倍，且具备良好的抗爆性能。据国际研究与专利报道，水煤气展现出了卓越的压缩比能力，可高达12.5，热效率提升显著，达到20%-40%，同时功率提升15%，燃耗降低30%，尾气排放接近欧IV标准，且能利用微量铂作为催化剂进行进一步净化。相较于醇、醚等，水煤气的生产过程更为简化，所需设备更少，从而降低了成本和投资。

在工业生产领域，水煤气不仅是合成氨、液体燃料等的重要原料，还是工业燃料气的重要补充来源。其广泛需求与大量生产，对于社会发展而言，具有不可忽视的重要性。

洗涤塔作为水煤气生产流程中的关键环节，其结构由填料、塔内件及塔体共同组成，属于吸收塔的一种。塔内件设计精巧，包括液体分布装置、填料支撑与压紧装置、气体进料及分布装置、液体收集再分布器、进出料装置以及除沫装置等，确保洗涤过程的高效与稳定。

近年来，随着技术的不断进步，填料塔技术取得了显著发展，涌现出众多高效填料与新型塔内件，尤其是高效规整填料的广泛应用，正逐步挑战并有望取代传统板式塔的地位。从填料塔的发展历程来看，自80年代末以来，新型填料的研究始终保持着高度活跃，特别是规整填料的开发与应用，成为推动填料塔技术发展的核心动力。

值得注意的是，填料塔的研究与发展始终围绕两个方向展开：一是同步推进散堆填料与规整填料的开发；二是加强对填料材质的创新与改良，以适应不同工艺需求，提升气液两相间的传质效率，并通过对填料表面的特殊处理（如板片碾压麻点或细纹、表面化学改性、粘接石英砂等），改善液相在填料表面的润湿性。

随着新型塔填料的不断开发与广泛应用，填料塔的优势日益凸显，其应用范围已拓展至炼油、精细化工、石油化工、制药、化肥、原子能工业及环保等多个领域，并在常压、中压蒸馏及真空蒸馏等过程中展现出卓越性能。对于处理大气量的两相接触过程，填料塔同样表现出色。展望未来，随着技术的持续进步，塔器的分离技术将朝着复合化、行业化、大型化、节能化等方向加速发展。

参考文献

【1】姚玉英陈常贵柴诚敬编《化工原理》上册，天津大学出版社

【2】郑津洋董其伍桑芝富主编《过程设备设计》第二版，化学工业出版社

【3】《钢制压力容器》GB150-1998 中国标准出版社

【4】路秀林王者相等编《塔设备》化学工业出版社，2004

【5】《钢制塔式容器》JB4710—92 中国标准出版社

【6】汤善普朱思明等编《化工设备机械基础》华东理工大学出版社，1991

【7】化学工程手册编辑委员会编《化学工程手册》第3卷，化学工业出版社

【8】郑津洋陈志平编《特殊压力容器》化学工业出版社， 1997

【9】化学工程师手册编辑委员会编《化学工程师手册》，机械工业出版社

【10】蔡纪宁张秋翔编《化工设备机械基础课程设计指导书》化学工业出版社，2000

【11】王宽福冯丽云编《焊接与化机焊接结构》浙江大学出版社，2009